初中信息科技課堂中人工智能教學(xué)的實(shí)施策略探究

作者簡(jiǎn)介：沈國(guó)燕（1983一），女，江蘇省蘇州市常熟市古里中學(xué)。

人工智能教學(xué)是初中信息科技教學(xué)中的一個(gè)重要部分，內(nèi)容比較復(fù)雜，不能一蹴而就。為此，教師應(yīng)該開展循序漸進(jìn)的教學(xué)，將人工智能的相關(guān)內(nèi)容傳授給學(xué)生，促使學(xué)生掌握人工智能的基礎(chǔ)概念和基本技能，了解人工智能未來的發(fā)展方向。很多教師盡管已經(jīng)意識(shí)到人工智能對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要性，但仍需不斷更新教學(xué)理念，完善教學(xué)方法，以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，幫助學(xué)生學(xué)好人工智能技術(shù)。

一、創(chuàng)設(shè)生活情景，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)

教師應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)理念，正視人工智能的重要性，從而有效地在初中信息科技課堂中實(shí)施人工智能教學(xué)。人工智能的概念比較抽象，教師可以通過創(chuàng)設(shè)貼近日常生活的情景，將抽象的概念具體化，幫助學(xué)生順利理解人工智能的內(nèi)涵與作用，促使學(xué)生主動(dòng)探索，為其以后的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

以“語音識(shí)別與合成”這一課的教學(xué)為例，筆者對(duì)一個(gè)智能音箱發(fā)出指令：“我需要知道今天的天氣情況。”智能音箱很快給出回答：“你好，今天天氣晴朗，溫度在18一23攝氏度之間，穿衣不需要太多，祝您生活愉快！”從筆者與智能音箱的對(duì)話中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)智能音箱除了回答天氣情況，還會(huì)加入一些人性化的回答。筆者又對(duì)智能音箱說：“請(qǐng)播放我喜歡的歌曲。”智能音箱回答：“根據(jù)您之前播放音樂的頻率，我為您推薦《愛我中華》這首歌曲，現(xiàn)在開始播放。”學(xué)生觀察到智能音箱還會(huì)根據(jù)使用者平時(shí)播放音樂的頻率搜索音樂再進(jìn)行播放。經(jīng)過這一系列操作，筆者順勢(shì)引出話題“同學(xué)們，你們是不是覺得智能音箱很有趣？其實(shí)你們也可以設(shè)計(jì)一個(gè)，那么應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)呢？”學(xué)生A率先舉手，自信地說：“我認(rèn)為首先要有一個(gè)能夠準(zhǔn)確捕捉聲音的設(shè)備，就像麥克風(fēng)一樣。”筆者點(diǎn)頭表示贊許，并補(bǔ)充道：“確實(shí)，聲音的捕捉是第一步，但僅僅捕捉到聲音還不夠，我們還需要將聲音轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠理解的形式。這個(gè)過程叫作聲音的數(shù)字化。那么，數(shù)字化之后呢？”學(xué)生B緊接著回答：“接下來，計(jì)算機(jī)需要分析這些數(shù)字化的聲音，識(shí)別出它們代表的意義，這就需要用到語音識(shí)別算法了。”“非常棒！”筆者稱贊道，“你已經(jīng)說到了語音識(shí)別技術(shù)的核心。那么，現(xiàn)在讓我們進(jìn)一步了解語音識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)建過程吧。”筆者將學(xué)生分成若干小組，并為各小組發(fā)放了編程指南和必要的硬件，要求小組按照指南一步步操作。很快，C組的代表向大家展示了他們的設(shè)計(jì)成果：“你們看，我們的語音設(shè)備已經(jīng)可以和我們進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)話了。”但是，過了一會(huì)兒，該設(shè)備卻一直在重復(fù)句子：“請(qǐng)您重新說一下您的需求。”筆者建議

C組成員再次閱讀編程指南，找出其中的問題。其他小組也依次展示了本組的成果，筆者都給出了正向的反饋，鼓勵(lì)他們繼續(xù)創(chuàng)新。課程進(jìn)入后半段，筆者讓學(xué)生思考以下問題：“在生活中，語音識(shí)別與合成技術(shù)除了應(yīng)用于智能音箱，還能用在什么地方？”學(xué)生B回答：“我爸爸每次開車都會(huì)先設(shè)置好出發(fā)地和目的地，讓智能語音系統(tǒng)為他指路，很方便。”學(xué)生D回答：“聽我媽媽說，現(xiàn)在醫(yī)院記錄病例已經(jīng)不需要手寫了，直接語音錄入，為醫(yī)生大大節(jié)省了時(shí)間，醫(yī)生可以留出更多的時(shí)間為病人診斷。”學(xué)生發(fā)散思維，想到了很多應(yīng)用語音識(shí)別與合成技術(shù)的場(chǎng)合。此時(shí)，他們意識(shí)到，在不知不覺中，語音識(shí)別與合成技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于日常生活中。

二、巧用實(shí)踐操作，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

在初中信息科技課堂中實(shí)施人工智能教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)該減少理論講解時(shí)間，放手讓學(xué)生動(dòng)手操作，使學(xué)生感受到人工智能的魅力。這樣的教學(xué)方式以學(xué)生為主體，能夠讓學(xué)生真正了解到當(dāng)下信息科技的前沿知識(shí)與技能，促使學(xué)生不斷深入研究人工智能技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化[2]。

以“圍棋人機(jī)大戰(zhàn)”這一課的教學(xué)為例，筆者先為學(xué)生播放了一段有趣的視頻——AlphaGo和圍棋高手的精彩對(duì)弈。在視頻中，智能機(jī)器人能夠快速做出判斷，相比而言，圍棋高手的速度就慢了一些，需思考片刻之后才落下棋子。視頻播放結(jié)束后，筆者為學(xué)生講解了本課的理論知識(shí)，之后布置了實(shí)踐操作任務(wù)。任務(wù)一：熟悉軟件，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)對(duì)弈。學(xué)生需要了解軟件操作界面、操作步驟，并嘗試與同伴對(duì)弈。智能系統(tǒng)支持多人操作，學(xué)生可與同伴一起制定對(duì)欒策略。在不斷對(duì)弈的過程中，學(xué)生掌握了一定的圍棋下棋技巧，為后續(xù)難度更高的人機(jī)對(duì)弈奠定了基礎(chǔ)。任務(wù)二：人機(jī)對(duì)弈體驗(yàn)和策略分享。有了任務(wù)一的鋪墊，學(xué)生已經(jīng)知道該如何下圍棋。他們根據(jù)自己的下棋能力，選擇與不同級(jí)別的人工智能對(duì)弈。初學(xué)者選擇了低級(jí)的人工智能，低級(jí)人工智能的下棋方法相對(duì)直接和常規(guī)，讓初學(xué)者有時(shí)間思考下一步。經(jīng)過仔細(xì)思考，初學(xué)者打敗了低級(jí)人工智能。有一定基礎(chǔ)的學(xué)生選擇了中級(jí)人工智能，他們能夠明顯感覺到中級(jí)人工智能的技術(shù)比較高超，總能搶占到有利地位，一不小心就會(huì)中計(jì)。因此，這類學(xué)生需要更多的思考時(shí)間。當(dāng)學(xué)生覺得自己快要輸?shù)臅r(shí)候，筆者及時(shí)給出建議，經(jīng)過多番較量，他們勉強(qiáng)與中級(jí)人工智能打成平手。班級(jí)里的一位圍棋高手則選擇和高級(jí)人工智能下棋，挑戰(zhàn)自我。該生在第一回合很快就敗下陣來，但是他選擇繼續(xù)挑戰(zhàn)，發(fā)現(xiàn)自己的思路仍然跟不上對(duì)方，最后還是輸了。經(jīng)過對(duì)弈，該生有了很深刻的體悟，覺得下次可以和人工智能合作下棋。對(duì)弈結(jié)束后，學(xué)生都表示人工智能十分厲害。看到學(xué)生有些氣餒，筆者鼓勵(lì)學(xué)生要以辯證的眼光看待人工智能：“在對(duì)弈過程中，我們可以提升自己的下棋能力，這也算是一種成功。”

三、促進(jìn)學(xué)科融合，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野

教師可以將其他學(xué)科的知識(shí)融入初中信息科技學(xué)科教學(xué)中，以拓展學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。將數(shù)學(xué)學(xué)科與信息技術(shù)相融合，能讓學(xué)生感受到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣；將語文學(xué)科和信息技術(shù)相融合，能讓文字“動(dòng)”起來；將美術(shù)學(xué)科和信息技術(shù)融合，能讓靜態(tài)的畫面變成動(dòng)態(tài)的。在信息技術(shù)的支持下，學(xué)生能夠?qū)W到豐富的知識(shí)[3]

以“制作基本動(dòng)畫”這一課的教學(xué)為例，筆者嘗試將美術(shù)學(xué)科知識(shí)和人工智能技術(shù)相融合。教學(xué)開始前，筆者先讓學(xué)生了解梵高的創(chuàng)作風(fēng)格。通過課前的預(yù)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道梵高的藝術(shù)作品用色大膽，筆觸獨(dú)特，具有強(qiáng)烈的個(gè)人情感。接著，筆者為學(xué)生介紹課本中提到的繪畫軟件：“‘文森特’是我們今天將要學(xué)習(xí)的人工智能系統(tǒng)，我們要利用這個(gè)系統(tǒng)畫畫。”筆者把一些數(shù)字化繪畫作品放入這個(gè)智能系統(tǒng)中，讓它解讀作品風(fēng)格，然后利用這個(gè)系統(tǒng)將自己畫的一幅簡(jiǎn)筆畫轉(zhuǎn)變?yōu)榉夏切├L畫作品風(fēng)格的“藝術(shù)品”。看到筆者的“制作”，學(xué)生已經(jīng)躍躍欲試，想要用自己喜歡的藝術(shù)風(fēng)格來畫出“梵高像”。學(xué)生E喜歡古典風(fēng)，他選擇了很多古典風(fēng)格的畫作放入人工智能系統(tǒng)，讓它解讀，再對(duì)自己的“梵高像”草圖進(jìn)行加工。很快，他就得到了一幅古典風(fēng)的“梵高像”。學(xué)生A覺得既然畫像是梵高本人，那么就可以用他自己的繪畫風(fēng)格來確定他自己的肖像畫風(fēng)格。借助“文森特”，學(xué)生A也得到了另外一幅“梵高像”。學(xué)生B則運(yùn)用這個(gè)系統(tǒng)畫出了自己的畫像。在學(xué)生能夠熟練使用“文森特”這個(gè)人工智能系統(tǒng)之后，筆者又為學(xué)生介紹了另外一種圖像轉(zhuǎn)換工具。筆者先為學(xué)生展示繪制貓的圖像的過程，只是畫了幾筆貓的輪廓，這個(gè)系統(tǒng)就轉(zhuǎn)譯出了完整的貓的圖像。筆者鼓勵(lì)學(xué)生繪制鞋子圖像，學(xué)生C想嘗試一下，他簡(jiǎn)單畫了一下自己鞋子的輪廓，經(jīng)過系統(tǒng)的轉(zhuǎn)譯，得到了一張和自己鞋子一樣的圖片。這種圖像轉(zhuǎn)換工具對(duì)于不會(huì)畫畫又想得到好看畫作的學(xué)生來說是非常有用的，只要事先錄入自己想要的繪畫風(fēng)格，把自己的簡(jiǎn)筆畫放入系統(tǒng)，就能很快得到一幅作品。由于課堂時(shí)間有限，針對(duì)那些想要繼續(xù)研究繪畫和信息技術(shù)之間關(guān)系的學(xué)生，筆者鼓勵(lì)他們課后查閱資料，下節(jié)課在課堂上分享。

四、開展競(jìng)賽活動(dòng)，提升學(xué)生的應(yīng)用能力

為了提升學(xué)生的人工智能應(yīng)用能力，教師可以開展豐富多彩的競(jìng)賽活動(dòng)，促使學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際操作中，并用比賽來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的缺點(diǎn)，學(xué)習(xí)別人的優(yōu)點(diǎn)。如果學(xué)生在競(jìng)賽過程中遇到困難，教師應(yīng)該及時(shí)鼓勵(lì)他們，使他們快速調(diào)整自己的狀態(tài)，利用課上所學(xué)提升自己的問題解決能力。

以“物聯(lián)網(wǎng)的識(shí)別技術(shù)”這一課的教學(xué)為例，筆者先帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)前面所學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)的基本含義及其應(yīng)用方面的知識(shí)，明確物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)、架構(gòu)，再通過播放視頻的方式引入本課的內(nèi)容。圖形碼識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中最常見的一種標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)，筆者以此作為比賽內(nèi)容。筆者向?qū)W生展示一個(gè)條形碼并解釋：“你們看，條形碼是將多個(gè)寬度不等的黑條和空白條組成排列，用來表達(dá)一組信息，只要經(jīng)過掃描和譯碼就能了解其含義。”有學(xué)生很快提出另一種識(shí)別碼：“老師，還有二維碼，我覺得這個(gè)碼用起來更加方便。”筆者順勢(shì)提問：“那你知道二維碼怎么存儲(chǔ)信息嗎？”經(jīng)過預(yù)習(xí)，該生順利回答了這個(gè)問題：“它在橫向和縱向兩個(gè)方向同時(shí)儲(chǔ)存信息，因此它里面的信息量很大。”筆者準(zhǔn)備了好幾種類型的二維碼：掃描后能夠看到文字的、掃描后能夠聽到歌曲的、掃描后能夠看到視頻的…之后，筆者運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行檢索，找到二維碼的在線制作網(wǎng)站，引導(dǎo)學(xué)生制作二維碼。網(wǎng)站上有文本二維碼、網(wǎng)址二維碼、名片二維碼等，這些二維碼各有各的作用。筆者分別演示制作不同二維碼的步驟，鼓勵(lì)學(xué)生選擇其中一種進(jìn)行制作，在他們熟練制作方法之后，讓他們進(jìn)行一次二維碼的制作競(jìng)賽，看誰能夠在十分鐘內(nèi)做出兩個(gè)不同種類的二維碼，并且能夠成功掃描顯示相應(yīng)內(nèi)容。學(xué)生F成功制作了文本二維碼，學(xué)生G也制作了文本二維碼，但是制作完后無法識(shí)別，學(xué)生F提醒他查看文本有沒有輸入正確，再次嘗試制作。學(xué)生H覺得二維碼顏色和紋路太單調(diào)，自己嘗試設(shè)計(jì)新的二維碼，讓它兼具美觀性和實(shí)用性。學(xué)生I對(duì)網(wǎng)址二維碼很感興趣，他覺得把網(wǎng)址做成二維碼保存起來更方便，可以隨時(shí)觀看自己喜歡的節(jié)目。他找到網(wǎng)址二維碼制作選項(xiàng)，把節(jié)目網(wǎng)址鏈接復(fù)制到文本框中，再點(diǎn)擊“生成二維碼”。完成后，他讓同桌試著掃碼，手機(jī)頁(yè)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)出相應(yīng)節(jié)目。最后，筆者將學(xué)生制作的二維碼展示出來進(jìn)行評(píng)比。筆者發(fā)現(xiàn)有學(xué)生在十分鐘內(nèi)制作了三個(gè)二維碼，而且都能夠打開。有的學(xué)生制作了色彩獨(dú)特的二維碼，在一片二維碼中非常顯眼。當(dāng)然，也有學(xué)生沒有在規(guī)定時(shí)間完成二維碼制作任務(wù)，進(jìn)度遠(yuǎn)比其他人要慢，筆者鼓勵(lì)他們課后可以請(qǐng)教在競(jìng)賽中表現(xiàn)良好的學(xué)生。此外，筆者還為學(xué)生介紹了能夠容納更多信息的三維碼，讓學(xué)生課后自行了解。

結(jié)語

綜上所述，在初中信息科技課堂中，教師可通過創(chuàng)設(shè)生活情景、巧用實(shí)踐操作、促進(jìn)學(xué)科融合、開展競(jìng)賽活動(dòng)等策略實(shí)施人工智能教學(xué)。除了這些教學(xué)策略，教師還應(yīng)該探索其他教學(xué)方法，促使學(xué)生學(xué)好人工智能技術(shù)，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求。

[參考文獻(xiàn)]

[1］劉全.信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)下的初中人工智能教學(xué)實(shí)踐探究［J］.中小學(xué)信息技術(shù)教育，2023（8）：57-59.

[2］王克勝，束永存.在中小學(xué)階段開設(shè)人工智能課程的思考及建議［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2018（8）：57-58.

[3］常艷玲.基于人工智能的初中信息技術(shù)項(xiàng)目化教學(xué)探究［J］.電腦樂園，2021（3）：14.